1、摘 要目前漏水現象經常發生在工業現場，漏水一直以來是導致水資源浪費和發生事故的關鍵因素，為了減少損失和防止事故擴大，漏水檢測是非常必要和重要的。本設計是采用rs485通信方式的漏水檢測控制系統。下節點完成現場檢測、控制、記錄、報警，同時在網上遠傳。上節點完成遠程監控。主機采用計算機，從機以單片機at89s52為主控制器，由信號處理模塊、a/d轉換模塊、報警模塊、顯示模塊、電源模塊、鍵盤模塊，電磁閥驅動模塊等外圍電路組成。傳感器實時監測漏水信號，發生泄漏時，輸出0-20mv電壓信號，系統接收漏水信號進行報警和定位泄露位置自動關閉相應水閥。本系統采用mcgs設計界面，用于顯示檢測畫面，當出現故障時

2、，相應顯示畫面自動跳出，顯示故障點，實現對整棟辦公大樓的模擬監控。本漏水檢測控制系統具有實時性能好、成本低、運行安全可靠等優點，及時的解決了辦公大樓各個場所的漏水檢測問題。關鍵詞：at89s52；模擬監控；漏水檢測；rs485通信abstractleakage phenomena often occurs in the industrial field at present, leaking is always the key factor of leading to water wastage and accidents. in order to reduce the loss and ac

3、cident prevention, leak detection is very necessary and important. this design is to adopt rs485 communication mode of leakage detection and control systems. node completes the scene detection, control, record and alarm, remotes transmission on the internet at the same time. the complete remote moni

4、toring nodes. host computer from the machine is given priority to with single-chip microcomputer at89s52 controller, the signal processing module, a/d conversion module, alarm module, display module, power module, keyboard module, peripheral circuit of electromagnetic valve drive module, etc. sensor

5、 real-time monitoring of the leakage signal, leak, 0-20 mv voltage signal, the system which receives the leak signal alarm and locates leak position corresponding water valve shut off automatically. the system uses mcgs design interface, which is used to display images when fault occurs, the corresp

6、onding display automatically jump out and show the failure point, which realizes the simulation of the whole office building monitoring. the leakage detection control system has good real-time performance, low cost, safe and reliable operation and so on, which can solve the office building each plac

7、es leaking problem in time.key words：at89s52；simulation monitoring；water leakage detection；rs485 communication目 錄第1章 緒 論11.1 課題的來源及意義11.2 國內外研究現狀21.3 論文研究的內容3第2章 系統總體設計42.1 概述42.2 方案論證42.2.1 控制模塊論證42.2.2 電源模塊論證62.2.3 顯示模塊論證62.2.4 鍵盤模塊論證72.3 設計要求72.4 系統總體框圖8第3章 硬件設計93.1 單片機最小系統設計93.2 傳感器的選擇113.3 多路轉換

8、開關選擇133.4 放大電路143.5 濾波電路153.6 v/i轉換電路163.7 i/v轉換電路173.8 隔離電路183.9 a/d轉換電路193.10 顯示電路213.11 電源電路223.12 電磁閥的選擇243.13 電磁閥驅動電路263.14 報警電路273.15 單片機i/o擴展283.16 rs485通信電路293.17 鍵盤電路32第4章 軟件設計334.1 主程序流程圖334.2 a/d轉換電路流程圖344.3 顯示電路流程圖354.4 rs485通訊程序流程圖36第5章 監控界面設計395.1 大樓管道監控395.2 數據中心底層地板監控405.3 總體監控415.4

9、系統連接示意圖41第6章 結論42參考文獻43致謝44附錄i45附錄ii47附錄iii60iv第1章 緒 論1.1 課題的來源及意義21世紀隨著科技的飛速發展，人們生活節奏的加快，由于管道漏水引起的事故也越來越多。由于開始的施工質量，加上排水管網使用年限的不斷增長，地質結構的變化，外界壓力變化等各種因素共同作用下，管道難以避免會產生裂縫導致滲漏，隨著滲漏的發生，周圍地基松動沉降會進一步拉動管道裂縫，使漏點不斷變大惡化。為了節約水資源，降低供水成本，提高經濟效益，減少泄漏對室內室外、建筑設施及裝置的危害，排除由于泄漏原因造成的安全隱患，需要一套科學的漏水檢測控制系統。隨著自動化技術及人們生活水平

10、的提高,智能家居的概念被越來越多的人所接受。所謂智能家居,是以住宅為平臺, 利用綜合布線技術、 網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成,構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統提升家居安全性、 便利性、 舒適性、 藝術性,并實現環保節能的居住環境。在智能家居系統中,智能防漏水系統是在家居安全里具有十分重要的作用。通常由于一時疏忽,如停水時忘關水龍頭、下水不通暢、管道破損等意外原因所造成家居漏水,很多情況下事態嚴重,不僅是自家受損失,同一棟樓里的人也會同樣受害。因此設計一種漏水檢測控制系統,能自動檢測選定區域的意外漏水,通過電磁閥及時切斷水管, 并伴隨聲光

11、報警,提示出現的浸水事件,減少漏水狀況的惡化,能有效地防止各種損失進一步擴大。由于辦公大樓或者生產車間，裝置工藝復雜，管道密集。地下埋設著各類不同的綜合管線，如供水管線、循環水管線、排水管線、排油管線、物料管線等，就像人體中的毛細血管，密密麻麻，縱橫交錯，形成各自的網絡。供水管線長期埋設于地下，會造成地下管線泄漏現象。一旦水管出現泄漏，很難找到破裂處，如果沒有及時發現就可能引起水災,所以非常需要一套科學的漏水檢測控制系統，進而保證水管長期、穩定、健康運行，為安全提供基本保障，將損失降到最低。本系統為專業漏水檢測控制系統，很好的解決了由于漏水帶來的問題，本系統也是很有科技創新和發展前景的漏水檢測

12、控制系統。系統設計合理，經濟適用，非常適合監控辦公大樓等場所。1.2 國內外研究現狀目前，我國供水行業普遍存在管網漏水問題，平均水損率約20，其中漏損約占水損的50，有的地方管網漏水問題甚至非常嚴重，這就大大地降低了供水企業的供水效益，也給水資源造成嚴重浪費，有些甚至影響到人們的正常生產和生活。國內漏水檢測所面臨的問題有很多，自上世紀八十年代以來，國內大多數自來水公司對管網漏水問題都非常重視，而且建立了自己的專業漏水檢測隊伍，也配置了一些專業的漏水檢測設備。目前國內自來水公司測漏隊伍大多采用傳統的測漏方法聲波檢測，包括閥栓聽音、路面聽音、相關分析、地面鉆孔等方法。這種方法對于具體的漏點定位比較

13、有效（微觀方面），而對于漏水控制（宏觀方面）有一定的局限性。由于漏水檢測工作是一項長期而艱苦的工作，依靠傳統的測漏手段需要投入大量的人力和物力，而且工作效率較低。往往是測漏人員花去大量的時間和精力在一些根本不漏水的管網工作，而沒有把主要精力投入到具體的漏點定位工作中去，這樣就大大影響了測漏工作效率。目前國內漏水檢測儀器設備和技術大多數采用聲波檢測的原理通過檢測承壓水從漏點噴出而產生的噪聲來確定管道是否漏水和漏點的位置。國內比較出名的有btr、平行自動化、置信還有很多公司，都是做水浸傳感器，漏水檢測線的。這些公司大部分采用的點式，或者銅絲短路的方式進行檢測，相比國外同類產品比較簡單，低端，不能精

14、確定位，達不到瑞侃和ttk的同等功能。能夠和國外產品媲美的目前只有深圳祥為測控的漏水檢測系統，全套可以和美國瑞侃的tracetek泄漏檢測系統兼容，搭配使用，線纜的靈敏度，強度等各方面達到瑞侃的同等水準，性價比較高。國外漏水檢測技術一直走在世界的前線，隨著時代的發展，當然漏測檢測技術也是發展的越來越好，漏水查漏，當最初的簡單的聽漏技術發展到現在各種的漏水檢測設備和自動化漏水檢測，在眾多的地下漏水檢測技術中，相對來說更先近漏水檢測技術是相關檢漏法。相關檢測法在1960年由英國水研究中心研發的。隨著英國研發的開始，慢慢的日本，法國也慢慢的開發出自己人的樣關漏水檢測儀,在20世紀80年代,國外開始相

15、互關注研究了管道漏水檢測技術,并且漏水檢測技術越來越先近，在眾多國外國家中試驗最的長的距離的是德國，長達3.5km。漏孔檢測的可靠度高于90%。對于80%以上檢測到的漏孔，其定位的精確度達±l m。后來加拿大對塑料自來水管漏水檢測做出很大的貢獻，塑料自來水管漏水檢測的研究主要利用流動體在通過漏孔漏水流動的水聲和噪聲。它們通過傳感器接收信號，漏水點的所在位置主要是通過物體在管道傳輸過程中,漏點的位置會根據信號到達而傳播時間差來對其進行分析判斷。現在我國也研發出一系列的漏水檢測儀，根據不同的管道來達到最高的檢測效率。我國研發出的相關漏水檢測儀不僅用于自來水管漏水檢測，也用天然氣，煤氣，石

16、油管道等一些地下管道的管道探測。隨著供水管網管理的規范和漏水檢測技術的發展，許多水公司逐步引進更為先進的檢漏設備，采用更為有效和快速的漏水檢測方法，這對快速降低漏失，控制漏損將起到積極的作用。但從總體上看，我國漏損控制與發達國家相比還有相當大的差距。普遍存在著投入資金偏低、檢漏技術人員較少、專業技術素質差、對先進設備的使用方法理解不深、激勵機制不活等，這些因素嚴重影響了漏水檢測工作的進一步開展。 由此可見，我國供水管網漏損控制工作任重道遠，要達到12%以內漏控目標還有相當長的一段路要走。因此，對國內供水企業來說，加強漏水檢測工作，降低管網漏損的潛力還相當大。 總之，經濟、有效地控制供水管網漏損

17、始終是國內外供水行業致力于研究的重要問題。供水企業加強漏水檢測工作，合理控制管網漏損，可極大地提高有效供水能力，對節約用水，創建“節約型社會”，提高企業的社會效益和經濟效益具有十分重要的意義。1.3 論文研究的內容本系統為漏水檢測控制系統，系統完成整棟辦公樓房的監控，對數據中心底層地板、電信室、暖通空調設備區、管道、電力室、儲存室、大水槽與屋頂等漏水檢測。當泄漏發生時，感應傳感器與水接觸，就會立即將信號傳給報警控制器。通過微處理器可顯示泄漏具體位置。系統工作于三種狀態：正常、液體滲漏、線纜中斷；系統能自動檢測顯示狀態。當故障發生后，系統能自動關閉相應管道的閥門；同時進行報警，同時報警信號上傳至

18、監控室。傳感器選擇線式水浸傳感器，當泄漏清理好后，線纜線纜很快便干爽而報警器即回復監察工作。采用mcgs設計界面，用于顯示檢測畫面，當出現故障時，相應顯示畫面自動跳出，顯示故障點。因系統較大，所以采用多個單片機處理，可采用rs485通信，組成一個網絡監測系統。下節點完成現場檢測、控制、記錄、報警，同時在網上遠傳。上節點完成遠程監控。該系統能精確檢測到是否有漏水發生，并且報告具體漏水位置，因此這種方案適合于整棟辦公大樓。第2章 系統總體設計2.1 概述漏水現象在建筑物中經常發生，一旦發生，就可能造成重大損失。在我國，北方使用供暖設備多，南方制冷空調普及，供暖供冷輸水管道又分布在樓層間，再加上生活

19、用水、消防用水等，都是漏水事故的潛在隱患；正因為水等液體的滲漏對辦公大樓等重要場所安全存在如此大的危害性，而辦公大樓內電子設備較多，一般又采用無人值守方式，所以在辦公大樓的監控系統中，漏水檢測監控是必不可少的組成部分，高可靠、高靈敏的漏水檢測系統能在水患發生的初期就對事故作出報警反應，以便辦公大樓管理人員迅速采取應急措施，從而將水患事故控制在最初萌芽階段，真正做到防范于未然、防止損失的進一步擴大，整體上提高機房的安全性能。本系統就是根據上面存在的問題設計的一套漏水檢測控制系統。該系統可以完成對整棟辦公大樓的漏水檢測，包括對數據中心底層地板、電信室、暖通空調設備區、管道、電力室、儲存室、大水槽與

20、屋頂等漏水檢測。系統能自動關閉相應管道的閥門；同時進行報警，同時報警信號上傳至監控室。2.2 方案論證2.2.1 控制模塊論證方案一：采用c8051f單片機作為主控制器。c8051f單片機集成12位dac，集成高精度內部時鐘振蕩器。指令執行速度最高達100mips，c8051f單片機是封裝最小的集成模擬功能的單片機，11個管腳可以提供8個用戶i/o。集成模擬、數字外設，包括adc、dac、電壓比較器、高精度內部振蕩器、高電壓60v差分放大器等等。i/o口通過crossbar與片內各個功能單元連接，可以動態進行i/o口的分配。c8051f單片機能提供多達5個16位定時器，他們可以用來adc采樣，

21、dac波形生成，方波輸出等，考慮到價格以及功能的原因，c8051f單片機并不適合本系統。方案二：采用at89s52單片機作為主控制器。at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系統可編程flash存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80c51產品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統可編程flash，使得at89s52在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。它和標準51系列單片機相比較具有運算速度快，抗干擾能力強，支持isp在線編程，片內含8k空間的可反復擦寫1

22、000次的flash只讀存儲器，具有256bytes的隨機存取數據存儲器（ram），32個i/o口，2個16位可編程定時計數器。其指令系統和傳統的8051系統兼容，降低了系統軟件設計的難度，電路設計簡單、價格低廉。方案三：采用at89c51單片機為主控制器。at89s51是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準mcs-51指令系統及80c51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲

23、單元，at89s51在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。at89c51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。現在市場上at89s51/52已經取代了at89c51/52。綜合以上三種方案，我們選擇比較經濟比較實用的方案二更為合適，at89s52完全可以滿足本系統的設計要求，使用at89s52單片機為我們整個系統的控制核心更為合適。單片機at89s52如圖2.1所示。圖2.1 at89s522.2.2 電源模塊論證方案一：采用半波整流電路。半波整流是一種利用二極管的單向導通特性來進行整流的常見電路，除去半周、下半周的整流方法，叫半波整流。作用是將交流電轉換為直流電，也就是

24、整流。變壓器的次級繞組與負載相接，中間串聯一個整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向導電性，只有半個周期內有電流流過負載，另半個周期被二極管所阻，沒有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動成分太大，對濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。方案二：采用單相橋式整流電路。單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路。單相橋式整流電路在帶電感性負載的工作情況理想。單相橋式整流電路的優點是：線路簡單、調整方便。單相橋式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優點。綜合以上方案，根據本系

25、統的控制要求，選擇方案二單相橋式整流電路更為合理更為合適。2.2.3 顯示模塊論證方案一：采用lcd顯示電路。采用兩片hd61202作為列驅動器，同時使用一片hd61203作為行驅動器的液晶模塊。hy12864具有簡單而功能較強的指令集，與微控制器的數據傳輸采用8位并行傳輸方式。在hy12864中，兩片hd61202的ado均接高電平，rst也接高電平，這樣在使用hy12864時就不必再考慮這兩個引腳的作用了。片內flash中存入了需要使用的字符庫，通過調用lcd字符顯示程序，可以顯示中英文字符，市場價格比較高。方案二：采用led數碼管顯示電路。數碼管實際上是由七個發光管組成8字形構成的，加上

26、小數點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，以形成我們眼睛看到的 2個8數碼管字樣了。led數碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為1.8v左右，電流不超過30ma。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。常用led數碼管顯示的數字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、

27、e、f。電路簡單、經濟適用、實現起來比較容易。由于本系統顯示模塊對漏水位置進行顯示，四位靜態顯示就可以滿足系統的設計要求，而led數碼管顯示恰恰可以很好完成本系統的任務要求，所以選擇方案二更為合適。2.2.4 鍵盤模塊論證方案一：采用矩陣式鍵盤電路。矩陣式鍵盤電路適用于按鍵數量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行線、列線分別連接到按鍵開關的兩端。通常情況下，按鍵無動作時，行線處于高電平狀態，而當有按鍵按下時，則對應的行線和列線短接，行線電平狀態將由于此行線連接的列線電平決定。很明顯，在按鍵較多的場合中，矩陣鍵盤要節省很多的i/o口線。方案二：采用獨立式按鍵電路。獨立式按

28、鍵電路是指直接用i/o口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根i/o口線，每根i/o口線上的按鍵的工作狀態不會影響其他i/o口線的工作狀態。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單。通常按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，i/o口線有確定的高電平。由于每個獨立式按鍵單獨占有一根i/o口線，i/o口浪費量較大，在按鍵數量不多的情況下，常常采用這種按鍵電路。綜合以上方案，根據本系統設計要求。由于本系統的按鍵數量相對不是很多，而且單片機的i/o分配足夠，考慮到鍵盤電路的穩定，方便等原因，本系統采用獨立式按鍵電路。2.3 設計要求1、結構合理、可靠性高，無可調部件，操作簡便，決不

29、忽視任一報警，也不會誤報警；2、無暴露的金屬結構，特種聚合物結構使得線纜耐腐蝕、強度高、質量可靠； 3、簡單易懂的監測面板，清晰明確地指示系統狀態，自我校正，模塊化設計，擴充組態能力強，安裝、維護、替換方便 。4、快速檢測、實時響應，使泄漏降低到最小的危險程度； 5、定位精度高，誤差不大于千分之一； 6、監測范圍廣，設計系統檢測距離可達1500米；7、感應線纜上的每一部分都可連續感應液體的存在，不同于舊式的點感應測漏產品，可以精確定位并可檢測繩子斷裂，不同于普通感應線纜；8、適應性好，兼容性強，具有多種信號接口，不僅有繼電器輸出，還有rs-485通訊接口，方便納入集中監控系統； 9、當泄漏發生

30、后，控制器的繼電器輸出可控制閥門關閉，切斷水源，避免事故發生； 10、在以嵌入式微處理器為基礎的漏水檢測控制系統中，在led上顯示泄露位置，如果檢測到泄漏時，在感應線纜實際位置有漏水標記閃動并報警，便于按圖排查。2.4 系統總體框圖系統完成整棟辦公樓房的監控，對數據中心底層地板、電信室、暖通空調設備區、管道、電力室、儲存室、大水槽與屋頂等漏水檢測。當泄漏發生時，感應傳感器與水或其它液體接觸，就會立即將信號傳給報警控制器。通過led顯示模塊可顯示泄漏具體位置。系統工作于三種狀態：正常、液體滲漏、線纜中斷；系統能自動檢測顯示狀態。當故障發生后，系統能自動關閉相應管道的閥門；同時進行報警，同時報警信

31、號上傳至監控室。本設計以單片機at89s52為處理核心，采用rs485現場總線技術，組成一個網絡監測系統。下節點完成現場檢測、控制、報警，同時在網上遠傳,上節點完成遠程監控。主機連接計算機，從機總體框圖如圖2.2所示。傳感器1傳感器15放大電路濾波電路v/i轉換電路i/v轉換電路多路轉換開關放大電路隔離電路a/d轉換電路單片機放大電路濾波電路v/i轉換電路時鐘電路復位電路隔離電路鍵盤電路報警電路顯示電路電源電路rs485通信電路驅動電路圖2.2從機總體框圖第3章 硬件設計3.1 單片機最小系統設計對于at89s52 單片機，其內部已經包含了一定數量的程序存儲器和數據存儲器，在外部只要增加時鐘電

32、路和復位電路即可構成單片機最小系統。單片機的最小系統就是讓單片機能正常工作并發揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。最小系統一般應該包括：單片機、時鐘電路、復位電路。最小系統如圖3.1所示。圖3.1最小系統1. 時鐘電路晶振和無源晶振兩個大類，無時鐘電路如圖3.1所示，圖3.1中采用的是內時鐘模式，即采用利用芯片內部的振蕩電路，在xtal1、xtal2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.2 12mhz 之間任選，甚至可以達到24mhz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本系統中采用的1

33、2mhz 的石英晶振。和晶振并聯的兩個電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在20 40pf 之間選擇（本實驗套件使用33pf）；當采用陶瓷諧振器件時，電容要適當地增大一些，在30 50pf之間。通常選取33pf 的陶瓷電容就可以了。 另外值得一提的是如果讀者自己在設計單片機系統的印刷電路板（pcb）時，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少引線的寄生電容，保證振蕩器可靠工作。檢測晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察到xtal2 輸出的十分漂亮的正弦波，也可以使用萬用表測量（ 把擋位打到直流擋，這個時候測得的是有效值）xtal2 和地之間的電壓時

34、,看到2v 左右一點的電壓。晶振是為電路提供頻率基準的元器件，通常分成有源源晶振需要芯片內部有振蕩器，并且晶振的信號電壓根據起振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號質量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時要同時更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準，信號質量也較無源晶振要好。2復位電路復位電路如圖3.1所示：為確保微機系統中電路穩定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5v±5%，即4.755.25v。由于微機電路是時序數字電路，它需要穩定的時鐘

35、信號，因此在電源上電時，只有當vcc超過4.75v低于5.25v以及晶體振蕩器穩定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。在單片機系統中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位。mcs-5l系列單片機的復位引腳rst（ 第9 管腳） 出現2個機器周期以上的高電平時,片機就執行復位操作。如果rst 持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。復位操作通常有兩種基本形式：上電自動復位和開關復位。圖3.1中所示的復位電路就包括了這兩種復位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和reset 相連，電壓全部加在了電阻上，reset 的輸入為高

36、，芯片被復位。隨之+5v電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒有被按下的時候電路實現上電復位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使rst管腳出現高電平達到手動復位的效果。一般來說，只要rst 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機有效的復位。圖中所示的復位電阻和電容為經典值，實際制作是可以用同一數量級的電阻和電容代替，讀者也可自行計算rc 充電時間或在工作環境實際測量，以確保單片機的復位電路可靠。3.2 傳感器的選擇本系統傳感器選擇深圳矢量科技有限公司的型號vec-a-10的線式水浸傳感器。它能對水、酸、堿等各種液體進行泄

37、漏檢測，廣泛應用于通訊、半導體、金融系統及圖書館、博物館、檔案館、機場以及郵電、石油、化工、藥業等行業。漏水感應線可檢測到線纜上沿線任何位置水的出現。本線纜與本設計控制系統配套安裝，一旦檢測到有水侵入，即會啟動報警并準確指明漏水位置。vec-a-10漏水感應線采用導電聚合技術與含氟聚合物材料，使之具有強韌的機械性能與耐腐蝕、耐磨損性能。線纜螺旋式構造保證無任何金屬暴露，甚至可在腐蝕環境下反復使用。型號vec-a-10感應線纜由四根不同類型導線植入特種聚合物中，其中兩根彩色線是低電阻表面絕緣線；兩根黑線由非金屬導電聚合物加工而成，其單位長度電阻被精密加工并為定值，具有極高的抗腐蝕性和耐磨性。在無

38、泄漏時，其中兩根導線間電流為正常，當感應線纜被泄漏液體浸泡，則兩根導電聚合物之間被短接，并使所測電壓值發生變化，該漏水檢測控制系統測量這些電子信號進行漏水報警和關閉水閥。型號vec-a-10漏水檢測傳感器特點：1）本線纜電阻均勻，誤差在0.5%內，對以電阻為重要參數的泄漏檢測系統來說，具有檢測定位高穩定性和高準確性。2）漏水感應線帶有獨特防水結構的塑料接插頭，可級聯延長。線纜柔韌性強，易安裝；光滑的設計特點利于線纜快速干燥。3）四芯定位漏水檢測線，能與市面上大部分漏水報警主機連接使用。4）一組線芯傳輸漏水信號，另一組線芯傳輸斷線信號。5）能對水,弱酸,弱堿性液體滲漏作出檢測感應。6）螺旋式結構

39、，比平行式結構，可大大減少電磁干擾及誤報率。7）螺旋式結構，使電纜具有強韌的機械性能與耐腐蝕,耐磨損性能，在惡劣的環境下反復使用，也不會使金屬暴露，干擾信號傳輸。8）漏水檢測線纜由防腐,少煙,無毒材料制成，符合環保要求。型號 vec-a-10感應線式水浸傳感器（漏水檢測傳感器），專為對數據中心底層地板、電信室、暖通空調設備區、管道、電力室、儲存室、大水槽與屋頂等漏水檢測。當泄漏清理好后，線纜很快便干爽而報警器即回復監察工作，穩定性好，安裝簡單輕松.產品如圖3.2。圖3.2線式水浸傳感器 表3.1 線式水浸傳感器主要技術參數型號vec-a-10供電電源10-30vdc感應電纜長度1-50米感應電

40、纜寬度14mm感應電纜厚度5mm感應電纜重量約1.5千克/10米連接端子5pin5.08間距插拔端子報警輸入電阻<200千歐靜態電流<20ma告警電流<30ma電導率>5us.cm-1隔離度>2000v誤報率0工作環境-4085，10-95%rh耐火性二級電纜耐磨性>65個周期3.3 多路轉換開關選擇 由于該系統需要多個水浸傳感器所以該系統需要使用多路轉換開關，該系統選用兩個cd4051多路轉換開關。cd4051相當于一個單刀八擲開關，有a、b和c三個二進制控制輸入端以及inh共4個輸入，具有低導通阻抗和很低的截止漏電流。開關接通哪一通道，由輸入的3位地址碼

41、abc來決定。inh”是禁止端，“inh”=1時，各通道均不接通。此外，cd4051還設有另外一個電源端vee，以作為電平位移時使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的cmos電路所提供的數字信號能直接控制這種多路開關，并使這種多路開關可傳輸峰峰值達15v的交流信號, 只有當inh=0時，三位二進制信號才可以選通8通道中的一個通道，連接該輸入端至輸出。其中vee可以接負電壓，也可以接地。當輸入電壓有負值時，vee必須接負電壓，其他時候可以接地。例如，若模擬開關的供電電源vcc=5v，vss=0v，當vcc=5v時，只要對此模擬開關施加05v的數字控制信號，就可控制幅度范圍為-5v5v的模擬

42、信號。使用十六進制代碼就可以對cd4051進行操作了。比如說p1=0x07，這樣cd4051就選擇的是7號（二進制111）通道了。cd4051如圖3.3所示。圖3.3 cd40513.4 放大電路該系統采用同相比例放大電路對傳感器采集的微弱電壓信號進行放大，由于該系統用到多個放大電路，列舉一個由運算放大器組成的同相輸入比例放大電路如圖3.4所示。圖3.4放大電路信號電壓通過電阻r32加到運放的同相輸入端，輸出電壓us2通過電阻r31和r33反饋到運放的反相輸入端，構成電壓串聯負反饋放大電路。同相比例運算電路的特點如下：1、輸入電阻很高，輸出電阻很低。2、由于vn= vp= vs，電路不存在虛地

43、（因為n點的電壓被流過r31的電流i1抬高了），且運放存在共模輸入信號，因此要求運放有較高的共模抑制比。根據虛短、虛斷的概念有運放同相端與反相端電壓相等電流為零。于是求得同相放大器的電壓放大倍數為：(3-1)可見，同相比例放大器運算電路的放大倍數kf>1，當r31趨近正無窮，kf=1,放大器構成一個等幅、同相的電壓跟隨器。同相放大器運算電路具有輸入阻抗高的特點。3.5 濾波電路濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器c，或與負載串聯電感器l，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。濾波電路作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其

44、直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑。該系統采用壓控電壓源型二階低通濾波電路對放大電路輸出的電壓信號進行濾波，二階濾波電路如圖3.5所示。圖3.5濾波電路壓控電壓源型二階低通濾波電路特點：將簡單的二階低通濾波電路中接地的電容c1端該接到集成運放的輸出端，便得到壓控電壓源二階低通濾波電路。電路中既引入了負反饋，又引入了正反饋。當信號頻率趨于零時，由于c1的電抗趨于無窮大，因而正反饋很弱；當信號頻率趨于無窮大時，由于c2的電抗趨于零，因而up(s)趨于零。所以，只要正反饋引入得當，就既可能在f=f0時使電壓放大倍數數值增大，又不會因正反饋過強而產生自激振蕩。同相輸入端電位控制由集成運

45、放和r4、r5組成的電壓源，二階低通濾波器電路的頻率特性為:fo=1/2rc。3.6 v/i轉換電路該系統采用由運放構成的v/i轉換電路，它由運算放大器及晶體管v1、v2組成。v1構成倒相放大級，v2構成電流輸出級。ub為偏置電壓，用以進行零位平移由于電路采用電流并聯負反饋，因此具有較好的恒流性能。v/i轉換電路如圖3.6所示。圖3.6 v/i轉換電路利用疊加原理，可求出在us3、ub及輸出電流is1作用下，運算放大器的同相輸入及反相輸入端電壓。電路將0-10v電壓信號轉換成0-10ma。考慮只有輸入電壓us3作用時，因r55>rl2，故有 （3-2）由于r51=r52、r55=r54，

46、則（3-3）3.7 i/v轉換電路i/v轉換電路用于將輸入電流信號轉換為與之成線性關系的輸出電壓信號。該系統采用同相輸入型i/v轉換電路。同相輸入型i/v轉換電路如圖3.7所示。圖3.7 i/v轉換電路輸入電流is1首先經過電阻r44變為輸入電壓。加到運算放大器的同相輸入端，經過同相比例放大后得到輸出電壓：(3-4)r44值根據電流輸出器件對負載的要求確定，一般為幾百歐數量級。當r44確定后，可根據is1和us4的范圍決定r46、r43的值。為避免偏置電流造成誤差，要求兩個輸入端對地的電阻值相等，即：(3-5)本系統要將0-10ma的輸入直流電流轉換為0-10v的輸出直流電壓，r44=250歐

47、，取r43=5.1k，則r46=15k+0.3k，r45=3.9k.由于采用同相端輸入，因此，電路中的運放應選用共模抑制比較高的運算放大器。3.8 隔離電路該系統采用線性隔離放大電路對i/v轉換電路輸出端電壓進行隔離放大。線性隔離放大電路由兩運放、兩光耦構成的電流串聯負反饋電路。輸入信號加入到運放n1的反相端，n1的輸出電流同時加到兩個光耦合器vlc1和vlc2。經vlc2耦合的信號經過跟隨器n2緩沖隔離后輸出，提高了電路的負載能力。經vlc1耦合的信號由集電極輸出接到運放n1的同相端、形成負反饋。電容c3用于防止運放的自激震蕩。為獲得更好的特性，電路采用兩個同型號的光耦合器輸入端串聯，組成差

48、分負反饋，來補償光耦的非線性電流傳輸系數。兩光耦雖然本身具有一定的非線性，但是非線性程度相同，故產生相消作用。為獲得更好的特性，常采用雙耦合器，兩光耦集成在一個芯片內，可保證其特性基本一致。線性光耦隔離放大電路如圖3.8所示。圖3.8線性隔離放大電路圖3.8利用理想運放虛短虛斷的概念，又對于特性一致的兩個光耦，其電流傳輸特性系數相同，故輸出電壓：(3-6)該系統同樣需要一個非線性隔離電路對單片機輸出信號進行隔離，將隔離后的信號傳送給電磁閥驅動電路進而驅動電磁閥。非線性隔離電路前電路把輸入電壓信號轉換成與之成正比的電流信號，經光耦合器耦合到后級，光耦合器中的硅光敏晶體管輸出電流信號，運放把電流信

49、號轉換成電壓信號。非線性隔離電路使用晶體管補償光耦合器的非線性。即便如此，在要求較高時任難以消除光耦合器的非線性。原因之一是晶體管的非線性與光耦合器的非線性不完全一致。非線性隔離電路如圖3.9所示。圖3.9非線性放大隔離電路3.9 a/d轉換電路該系統采用由芯片adc0809構成的a/d轉換電路。adc0809是帶有8位a/d轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉換器，可以和單片機直接接口。adc0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個a/d轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用a/d

50、轉換器進行轉換。三態輸出鎖器用于鎖存a/d轉換完的數字量，當oe端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。in0in7：8條模擬量輸入通道adc0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05v，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ale為高電平時，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號進行0鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0in7上的一路模擬量輸入。數字量輸出及控制線：1

51、1條st為轉換啟動信號。當st上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行a/d轉換；在轉換期間，st應保持低電平。eoc為轉換結束信號。當eoc為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行a/d轉換。oe為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。oe1，輸出轉換得到的數據；oe0，輸出數據線呈高阻狀態。d7d0為數字量輸出線。clk為時鐘輸入信號線。因adc0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500khz，vref（），vref（）為參考電壓輸入。adc0809內部帶有輸出鎖存器，可以與at89s52單片機直接相連。初始化時，st

52、和oe信號全為低電平。送要轉換的哪一通道的地址到a，b，c端口上。在st端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。是否轉換完畢，我們根據eoc信號來判斷。當eoc變為高電平時，這時給oe為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。a/d轉換電路如圖3.10所示。圖3.10 a/d轉換電路3.10 顯示電路在單片機應用系統中經常使用發光二極管來顯示，發光二極管簡稱led（light emitting diode）。led的價格便宜，而且配置比較靈活，與單片機的接口也比較方便。單片機中經常使用7段led來顯示數字，也就是用7個led構成字型“8”，并另外用一個圓點led來顯示小數點，也就是說一共有8個l

53、ed，構成了“8.”的字型。7段led分共陰級和共陽極兩種，實際中，各個型號的7段led的管腳配置可能不會是一樣的，在實際應用中要先測試一下各個管腳的配置，再進行電路原理圖的設計，本系統選用7段共陽極。本系統需要四位靜態顯示電路對漏水位置進行監控顯示，選用7447芯片組成四位數碼管靜態顯示電路。7447是一塊bcd碼轉換成7段led數碼管的譯碼驅動ic，7447的主要功能是輸出低電平驅動的顯示碼，用以推動共陽極7段led數碼管顯示相應的數字。當lt，rbi，bi，端接高電平時，從dcba端輸入bcd碼時，從abcdefg端輸出相應的數碼管顯示碼。 每一位數碼管的公共端分別連接到一個npn三極管

54、的集電極。通過單片機的io口控制三極管的基極來選通數碼管。高電平選通。而四位數碼管的8個段是連在一起的，都連接到7447的輸出端。在使用前還應注意一點，就是要把p7總的選通跳線接上。三極管和7447是由單片機的i/o口來控制。顯示電路如圖3.11所示。圖3.11顯示電路3.11電源電路該系統的供電系統由電源電路實現，根據該系統的設計要求，本系統設計三個電源電路，分別為+5v直流穩壓電源的設計和±12v、+24v直流穩壓電源的設計。+5v直流穩壓電源的設計，直流穩壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變為所需要的低壓交流電。整流器把交流電變為直流電。

55、經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。本設計主要采用直流穩壓構成集成穩壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩壓過程將220v交流電，變為穩定的直流電，并實現+5v電壓穩定輸出。直流穩壓電源是一種將220v工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩壓四個環節才能完成。直流穩壓電源一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網絡，然后經過濾波網絡最后經過穩壓網絡。以全波整流電路作為整流網絡，以極性電容作為濾波網絡，采用固定式三端集成穩壓電路設計制作連續可調的雙極型直流穩壓電源。交流，經橋堆整流、大電容濾波后分別經過集成穩壓塊作用得到+5v的直流輸出。其

56、中：電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網220v交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 整流電路：整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。各濾波電容c滿足rc（35）t/2，或中t為輸入交流信號周期，rl為整流濾波電路的等效負載電阻。 穩壓電路：穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。常用的集成穩壓器有固定式三端穩壓器與可調式三端穩壓器。+5v直流穩壓電源的主要技術指標： 輸入電壓交流220v，輸出直流電壓uo=+5v 輸出電流io=1a+5v直流穩壓電源如圖3.12所示。圖3.12 +5v直流穩壓電源+5v直流穩壓電源與